Архитектоника высотных зданий на основе ствольных систем

Содержание

1. Понятие тектоники и архитектоники.       3
2. Виды конструктивных систем.        3
3. Ствольные системы высотных зданий.      5
4. Архитектоника высотных зданий.       7

1. Понятие тектоники и архитектоники. Традиционный уровень взаимодействия техники и архитектурной формы  характеризуется обычно понятием «тектоника». Понятие это было введено в теорию архитектуры германским историком античного зодчества К.Бёттихером,  который определял его как деятельность, не только приводящую формообразование к соответствию голым материальным потребностям, но и поднимающую это формообразование до уровня художественной формы. С нашей точки зрения, можно определить  тектонику как организацию целесообразной и вместе с тем выразительной конструктивной структуры, входящей в число средств формирования образа. Предмет тектоники — морфология конструкции, превращаемая в средство выразительности (вряд ли целесообразны попытки расширить понятие за счет закономерностей организации пространства — тем самым тектоника теряет специфичность содержания, практически накладываясь на такое понятие, как композиция). Тектоничность архитектурной формы определяется использованием свойств конструкции как средств выразительности, но не выражением самой конструктивной структуры.

Архитектоника (от греч. Architektonike – строительное искусство) – художественное выражение структурных закономерностей конструкции здания, выявляется во взаимосвязи и взаиморасположении несущих и несомых частей, в ритмичном строе форм, делающем наглядными статические усилия конструкции. Отчасти она проявляется и в пропорциях, цветовом строе произведений и т.п. В более широком смысле архитектоника – композиционное строение любого произведения искусства, обусловливающее соотношение его главных и второстепенных элементов.

2. Виды конструктивных систем. Конструктивная система представляет собой взаимосвязанную совокупность вертикальных и горизонтальных несущих конструкций здания, которые совместно обеспечивают его прочность, жесткость и устойчивость. Горизонтальные конструкции - перекрытия и покрытия здания - воспринимают приходящиеся на них вертикальные и горизонтальные нагрузки и воздействия, передавая их поэтажно на вертикальные несущие конструкции. Последние, в свою очередь, передают эти нагрузки и воздействия черед фундаменты основанию.

Горизонтальные несущие конструкции  высотных зданий, как правило, однотипны, и обычно представляют собой жесткий  несгораемый диск - железобетонный (монолитный, сборно-монолитный, сборный) либо сталежелезобетонный.

Вертикальные несущие конструкции более разнообразны. Различают стержневые (каркасные) несущие конструкции, плоскостные (стеновые, диафрагмовые), внутренние объемно-пространственные стержни полого сечения на высоту здания (стволы жесткости), объемно-пространственные наружные конструкции на высоту здания в виде тонкостенной оболочки замкнутого сечения. Соответственно примененному виду вертикальных несущих конструкций различают четыре основные конструктивные системы высотных зданий - каркасную (рамную), стеновую (бескаркасную, диафрагмовую), ствольную и оболочковую.

По виду вертикальной несущей конструкции  различают пять основных и семь комбинированных конструктивных систем, которые можно представить так:

Классификация конструктивных систем

3. Ствольные системы высотных зданий. Высотные  здания, особенно здания значительной высоты — 250 м и более, имеют свою специфику, существенно отличающую их от обычных зданий. К особенностям высотных зданий относятся:

• превалирующее значение горизонтальных (в первую очередь, ветровых) нагрузок над вертикальными;
• очень высокая нагрузка на несущие конструкции, в том числе на основания и фундаменты;
• повышенная значимость воздействия ряда природных факторов(сейсмика, солнечная радиация, аэродинамика) и техногенных (вибрации, шумы, аварии, пожары, диверсионные акты, локальные разрушения) на безопасность эксплуатации;
• проблемы обеспечения совместной работы в несущих конструкциях таких материалов, как сталь и бетон, а также неодинаково нагруженных элементов конструкций, например, колонн и стен.

Именно ствольная конструктивная система из всех представленных даёт возможность максимально обезопасить  конструкции высотных зданий от всевозможных разрушений.

Ствольная конструктивная система, как  основная несущая конструкция сооружения, которая воспринимает нагрузку и  воздействие, идет с вертикальным пространственным стержнем. Компоновочная схема данной системы включает центральный ствол, воспринимающий основную долю всех нагрузок, и расположенные по периметру здания несущие элементы в виде отдельных стоек (колонн), решетчатых систем (ферм, составных стержней и др.), пилонов, которые также могут быть объединены в единую конструкцию. Жесткость ствольной системы, ее устойчивость и способность к гашению вынужденных колебаний обеспечиваются заделкой центрального ствола в фундамент. Ствол, в основном, располагается в геометрическом плановом центре плана, и поэтому стал использоваться распространенный термин - ядро жесткости. Роль этого конструктивного элемента чаще всего выполняет жесткий (монолитно выполненный) лестнично-лифтовый узел.

 По способу опирания междуэтажных перекрытий различают ствольные системы с консольным, этажерочным и подвесным опиранием этажей (рис. 1).

Рис. 1. Ствольные конструктивные системы (с одним несущим стволом)

а,б - консольные; в,г - этажерочные; д,е - подвесные

1 - несущий ствол; 2 - консольное  перекрытие; 3 - консоль высотой в  этаж; 4 - консольный мост; 5 - ростверк; 6 - подвеска

Ствольная система органично использовалась в высотном строительстве, потому, что  удачно шла в сочетании с планировочной  схемой сооружения. 
Здесь, было совмещено расположение стен, относящихся к центральному узлу вертикальной коммуникации, в виде лифтовой шахты, холла, и ствола жесткости. Наилучшими условиями для пространственной работы конструкции ствольного здания обеспечиваются центральным расположением ствола, и геометрическим подобием форм планов сооружения и ствола, где площадь ядра жесткости составляет примерно 20 процентов площади всего плана сооружения. Несущая конструкция ствольного здания, в основном, железобетонная. Сечение, связанное со стеной монолитного ствола, в зависимости от количества этажей, должна меняться до 100 см на нижних этажах и до 30 см на верхних. В редких моментах, ствол состоит из стоечно-балочной стальной бетонированной решетчатой клетки.

Стволы жесткости представляют собой наиболее специфичную для  высотного строительства внутреннюю вертикальную несущую конструкцию.  Она присуща большинству высотных зданий различных конструктивных систем: ствольных, каркасно-ствольных, ствольно-стеновых и оболочково-ствольных. Стальные конструкции стволов представляют собой в большинстве случаев решетчатую систему, обетонируемую после монтажа. (рис. 2) Исключения из этого правила встречаются крайне редко, когда ствол имеет не только несущие, но и архитектурно-композиционные функции.

рис. 2

        В конструктивно-планировочном отношении удачна относительно редко принимаемая конструкция ствола открытого профиля, например крестообразного сечения. Она исключает трудоемкое и металлоемкое устройство многочисленных надпроемных перемычек, необходимых в стволах закрытого сечения, и упрощает установку лифтов. Ограничение в их применении оправдано только в особо высоких сооружениях, когда жесткость ствола открытого сечения может оказаться недостаточной.

4. Архитектоника высотных  зданий. Благодаря вышеуказанным фактам несложно понять, что высотные здания и их тектоничность — это особый раздел проектирования, на который хочется обратить внимание в данном реферате. Поиски формообразующих возможностей в проектировании и строительстве высотных зданий, стремление отойти от простых геометрических объемно-пространственных решений, пути усиления выразительности зданий за счет выявления крупных структурных членений — все это проявилось в 60-е годы в архитектуре разных стран.

Развитие строительства высотных зданий велось на основе применения новых  конструктивных решений несущих  элементов здания. В них стали  применять стальные рамы, обеспечивающие жесткость несущего остова, с заполнением  между ними кирпичной кладкой. Первое многоэтажное здание, имевшее высоту 55 м, в котором был применен стальной каркас - это здание «Home Insurance Building» в Чикаго. (рис. 3) Данное здание рассматривается во всем мире как здание, создавшее основу развития высотного строительства. Здесь кроме стального каркаса впервые был применен навесной фасад. Законченное в 1885 году это 10-этажное здание установило направление стиля Чикагской архитектурной школы, которая много сделала в области выбора архитектурного стиля высоток, выбора конструкций для них, определив на десятилетия законы проектирования и строительства высотных зданий. Однако несмотря на использование легких каркасных конструкций из стали, первое высотное офисное блочное здание в Чикаго не выглядело легким и устремленным ввысь. Горизонтальные плоскости кирпичной стены и отделка фасадов из натурального камня придавали зданию определенную громоздкость, напоминающую итальянское палаццо эпохи Возрождения. Ещё одним  характерным примером Чикагской школы является здание «Рилайэнс» (1890-1895г. стр-ва) в Чикаго. Конструкция конторского здания "Рилайенс билдинг" представляла собой стальной каркас со стеклянным заполнением - прообраз небоскребов XX века. Конторские этажи решаются повторением одинаковых членений. Обычное для практики тех лет декорирование фасадов ордерами и аркадами здесь отсутствовало. Здание поражало современников новизной архитектурного образа. (рис. 4)

                                                                          рис. 3                                                                       рис. 4

Возведение высотных зданий с применением  металлического каркаса поставило  перед архитекторами новые тектонические  задачи, которые заключались в  отказе от облицовки каркаса массивными каменными стенами, а выявлении  его на фасаде и заполнении пространств  между каркасом крупных остекленных  поверхностей. Кроме конструктивных задач, решались задачи архитектуры  фасадов не только по вертикали, но и по горизонтали. Так, при проектировании восьмиэтажного магазина фирмы «Лейтер» фасад здания имел длину 120 м. Архитектор У. Ле Барон Дженни применил крупные и простые пропорции, разбив фасад на секции. Каркас здания подчеркивал выразительность сооружения. Крупные остекленные поверхности были отделены друг от друга огнестойкими металлическими колоннами, разделяя фасад на крупные квадраты (рис. 5).

рис. 5

В данное время сложились два  композиционно-конструкторских типа каркасных сооружений: с каркасом, скрытым за стенами-ограждениями, и  «решёткой» каркаса, выведенной наружу. В первом случае подчёркивается общая  форма объёма здания, во втором - начинает сильно звучать ритм членений, выявляемых каркасом. Эти два направления в развитии сооружений определяют их тектонический характер. В зданиях с навесными стенами чётко разделяются функции несущих и ограждающих частей. Это позволяет более эффективно использовать материалы. Элементы навесных стен выполняются из материалов лёгких, хорошо сохраняющих тепло, каркасы - из материалов высокопрочных, хорошо сопротивляющихся статическим усилиям, что позволяет элементы, составляющие стену, делать очень крупными. Здания при этом монтируются из заранее изготовленных частей.

Одним из видов наружного ограждения являются остекленные фасады, получающие все более широкое распространение  в высотном строительстве по ряду причин. Здания с остекленным фасадом, стеклянной входной группой или  с полностью остекленными стенами  выглядят современными и легкими в отличии от чикагских громоздких с кирпичными фасадами. Легкие современные светопрозрачные ограждающие конструкции имеют ряд преимуществ по сравнению с традиционной  кирпичной кладкой. Во-первых, это минимальный вес, что, соответственно, облегчает здание и удешевляет фундаменты. Во-вторых – экономия площади здания. В высотном здании – это около 300–500 кв. м площади.       

Одним из первых архитекторов, внедряющих навесные стены, стал всемирно известный архитектор Мисс ван дер Роэ, который провозгласил первичным не функцию, а образ здания. Пропагандируя так называемый международный стиль, в котором все здания, независимо от функционального назначения, имели вид прямоугольников, «одетых» в стеклянные одежды, таким примером могут служить его знаменитые жилые кварталы «Lake Shore Drive» (рис. 6 ), а также, в подражание ему, офисное здание «Lever House» (рис. 7 ), «Lake Point Tower» в Чикаго (рис. 8), здание проектного института «Гидропроекта» в Москве (рис. 9) и другие.

                                         рис. 6                                                                          рис. 7

                                             рис. 8                                                                       рис. 9

Применение стекла в архитектуре  позволило получать различные по форме здания: круглые, овальные, комбинированные  и других сложных форм. Таким примером могут служить два здания в Гонконге «Lippo Center» (рис. 10), которые выполнены в виде скульптурных форм, выявляя тектонический образ высотного здания, разбивая его объемы на отдельные элементы, обеспечивающие визуальный ряд не в виде огромного стеклянного сооружения, а в виде единого образа высотного здания, объединенного однотипными структурами, позволяющими воспринимать здание целиком.

рис. 10

Стекло в архитектуре зданий играет важную роль как в архитектурно-художественной выразительности, так и в формообразовании высотного здания, кроме того, важную роль стекло играет в освещенности и инсоляции помещений. В сочетании с другими строительными материалами – железобетоном, металлом, комбинированными материалами – стекло повышает эстетические качества высотных зданий, выявляет тектонические характеристики, придает зданиям индивидуальный архитектурно-художественный образ. Большие остекленные поверхности в сочетании с глухими кирпичными и бетонными конструкциями, контрастируя между собой, выявляют массивность и легкость наружных ограждений высотных зданий. 

Ствольная конструктивная схема высотных зданий позволяет в довольно широких пределах применять развитую пластику фасадов. Такое решение использовано, например, при строительстве 260-метрового здания Коммерц-банка в г. Франкфурт-на-Майне (Германия), где светопрозрачные ограждения зимних садов заглублены внутрь здания. (рис. 11)

рис. 11

Ярусное членение ствольных зданий с консольными или подвешенными этажами, часто с открытыми в  нижней зоне мощными консолями или  стволом нарушает монотонный геометризм фасадов. Возможность расчленить объем горизонтальными прослойками открытых пространств усиливает тектонический элемент в композиции и позволяет уйти от той атектоничности традиционных каркасных небоскребов, на которую сетовал Мис ван дер Роэ: «Строящиеся небоскребы демонстрируют свою структуру, но эта структура, основа любой художественной концепции, затем исчезает за нагромождением тривиальных форм, не имеющих значения. Небоскребы законченные волнуют только функцией своей высоты».

И, вправду, растёт мир, а с ним  и объём функций, которые должны выполнять здания. Главное, чтобы в погоне за выполнением одной функциональной задачи не страдали иные аспекты архитектурной композиции. (рис. 12)

рис. 12

Список источников

1. Высотное строительство, подземное строительство - стратегические направления градостроительного развития — Журнал "Уникальные и специальные технологии в строительстве" №1/2004